1957 kom Bergenholtz till Umeå till den då nystartade norrländska tandläkarhögskolan. Han arbetade från början främst inom oral kirurgi men kom med åren att specialisera sig - som en av de första i Sverige - inom ämnet parodontologi (läran om tandlossningssjukdomarna).
1969 blev han odontologie doktor och 1977 professor i parodontologi vid Umeå universitet. Axel Bergenholtz arbetade även några år utomlands som gästforskare i USA och Saudiarabien.
